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Vorrichtung zum Verschwenken von zwei Beugungsgittern Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung, bestehend aus zwei Beugungsgittern, wobei jedes Gitter
nach Maßgabe der gewünschten Wellenzahl in den Strahlengang eingeschwenkt wird und
wobei die beiden Gitter vertauschbar sind.
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Zur Abtastung eines Spektrums bei Gitterspektralapparaten ist es
erforderlich, das Gitter in einem gewissen Winkelbereich zu verschwenken. so daß
nacheinander die verschiedenen Wellenlängen des Spektrums an einem Ausgangsspalt
erscheinen. Im allgemeinen ist nun ein Stellglied vorgesehen, das sich linear mit
der gewünschten Wellenlänge oder Wellenzahl verlagert und beispielsweise synchron
mit dem Vorschub eines in Wellenlängen oder Wellenzahlen geeichten Registrierstreifens
bewegt wird. Um nun von diesem Stellglied aus das Gitter so zu verschwenken, daß
am Ausgangsspalt die gewünschte Wellenlänge oder Wellenzahl erscheint, ist es erforderlich,
zwischen Stellglied und Gitter einen Sinus- bzw. »Eins-durch-Kosinus«-Trieb vorzusehen.
Es sind verschiedene derartige Funktionsantriebe bekannt.
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Bei der Abtastung von größeren Wellenlängen-bzw. Wellenzahlbereichen
kommt man häufig mit einem einzigen Gitter aus. Beugungsgitter werden meist so ausgebildet,
daß die auffallende Energie zum überwiegenden Teil in einen begrenzten Winkelbereich
gebeugt wird (in die Umgebung des »Glanz«- oder »Blazewinkels«) und die Intensität
der gebeugten Strahlung außerhalb dieses Winkelbereiches stark absinkt.
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Es ist bekannt, zwei Gitter vorzusehen, die unterschiedliche Gitterkonstante
besitzen und nacheinander in den Strahlengang eingebracht werden. Bei einer bekannten
Anordnung sind zwei Gitter vorgesehen, deren Gitterkonstanten in einem ganzzahligen
Verhältnis zueinander stehen. Diese Gitter liegen nebeneinander in einer Ebene und
sind gemeinsam um einen außerhalb dieser Ebene liegenden Schwenkpunkt verschwenkbar.
Ein einfallendes paralleles Strahlenbündel fällt teils auf das eine, teils auf das
andere Gitter, und die Gitter verlagern sich während der Schwenkbewegung so, daß
in eine Grenzlage das Strahlenbündel nur auf das erste und in der anderen Grenzlage
nur auf das zweite Gitter fällt. Eine bestimmte Wellenlänge wird dabei an dem ersten
Gitter in einer ersten Ordnung und an dem zweiten Gitter in einer anderen vorzugsweise
höheren Ordnung beobachtet. Die Blazewinkel der Gitter können dabei so gewählt sein,
daß man über einen relativ großen Wellenlängenbereich eine ziemlich gleichmäßige
Verteilung der gebeugten Energie erhält.
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Das einwandfreie Arbeiten einer solchen Anordnung hängt von der Genauigkeit
ab, mit der die Gitterkonstanten in einem ganzzahligen Verhältnis gehalten werden
können, und eine Abweichung der Gitterkonstanten von diesem Verhältnis ist nicht
durch äußere Justage korrigierbar. Bei einer Abweichung der Gitterkonstanten von
dem geforderten ganzzahligen Verhältnis werden am Ausgangsspalt zwei verschiedene,
nahe beieinanderliegende Wellenlängen (von dem einen und von dem anderen Gitter)
auftreten, und das Auflösungsvermögen des Gerätes wird verschlechtert.
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Es sind ferner bei der bekannten Anordnung keine Vorkehrungen getroffen,
um die Wellenlänge oder Wellenzahl linear mit der Bewegung eines Stellgliedes zu
verändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
welche es gestattet, wahlweise eines von zwei unterschiedlichen Gittern allein in
den Strahlengang einzubringen und dabei jedes der Gitter von einem einzigen Stellglied
so zu steuern, daß die Wellenzahl am Ausgangsspalt bei beiden Gittern linear von
der Bewegung des Stellgliedes abhängt.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mit der Drehachse
(22') der beiden Gitter ein angenähert U-förmiges Element(36) fest verbunden ist,
daß an den beiden Innenseiten des U-förmigen Elcmentes (36) zwei Flächen (38, 40)
angeordnet sind, wobei die erste Fläche (38) zur Verschwenkung des ersten Gitters
(16) und die zweite Fläche (40) zur Verschwenkung des zweiten Gitters (30) . dient,
daß durch die Drehachse (22') der beiden Gitter eine Führung (28) läuft, auf der
sich ein Glied (26) bewegt,
an dem wechselweise eine der beiden
Flächen (38, 40) anliegt, daß bei Entlanggleiten des Gliedes (26) an den Flächen
(38 bzw. 40) die Wellenzahl des Gitters (16 bzw. 30) linear mit dem Verstellweg
des Gliedes (26) einstellbar ist und daß zum Vertauschen der beiden Gitter (16,
30) ein von einem Motor drehbarer Kurbeltrieb (26) und ein federndes Kupplungsglied
(48, 58, 68) angeordnet sind.
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Bei der Bewegung des Stellgliedes gleitet das Stellglied an einer
der Flächen entlang und verschwenkt damit das U-förmige Element mit den Flächen,
wobei der Stellweg des Stellgliedes linear mit dem Kehrwert des Kosinus des Schwenkwinkels
zusammenhängt. Das bedeutet aber, daß die am Ausgangsspalt beobachtete Wellenzahl
linear mit dem Stellweg des Stellgliedes zusammenhängt. Beim Vertauschen der Gitter
über einen federnden Kurbeltrieb erfolgt ein Umkippen des U-förmigen Elements über
einen Totpunkt hinweg, so daß nunmehr automatisch mit der Gittervertauschung die
zweite Fläche des U-förmigen Elements an dem Stellglied zur Anlage kommt. Auch hier
erfolgt bei weiterer Bewegung des Stellgliedes eine Verschwenkung des Gitters in
der Weise, daß die jeweils am Ausgangsspalt beobachtete Wellenlänge linear von der
Bewegung des Stellgliedes abhängt. Durch geeignete Wahl der Abstände zwischen den
Führungsflächen des U-förmigen Elements und der Drehachse und Justage der Gitterschwenkwinkel
bei der Gittervertauschung kann man erreichen, daß trotz der Gitterumschaltung eine
vollkommen kontinuierliche und in der Wellenzahl lineare Abtastung des Spektrums
über einen großen Bereich hinweg erfolgt, wobei man durch die Verwendung zweier
Gitter stets in einen energetisch günstigen Winkelbereich arbeitet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und im folgenden beschrieben: Fig. 1 ist eine Oberansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung im SchnittI-I von Fig.2; Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung
von Fig. 3; Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Stellungen der Vorrichtung nach Fig.
1 und 2 während des Umschaltvorganges.
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Ein Gitterträger weist einen Tisch 32 und Klammern 34 zur Halterung
von zwei Gittern 16, 30 auf, die Rücken gegen Rücken angeordnet sind. In der dargestellten
Anordnung wäre das Gitter 16 in dem von einem Kollimatorspiegel ausgehenden Strahlenbündel
angeordnet. Der Tisch 32 und die zugehörigen Gitter sind um eine vertikale Welle
22 drehbar.
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In Antriebsverbindung mit dem Tisch 32 steht ein zweifaches Steuerglied
36. Auf dem Glied 36 sind genau konstruierte Führungsarme 38 und 40 vorgesehen.
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Mittels einer Antriebsschraube 28 ist ein Antriebszapfen 26, der
auf einem beweglichen Schlitten 42 angeordnet ist, linear bewegbar. Diese Schraube
28 wird von einer Antriebswelle 44 über geeignete Getrieb 46 gesteuert und bewegt
sich beispielsweise linear mit dem Vorschub eines Registrierstreifens.
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Eine Welle 47 dient als Führung und gewährleistet die richtige Ausrichtung
des Schlittens 42.
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Der Kontakt zwischen dem Tisch 32 und dem Glied 36 wird mittels einer
Druckfeder 48 aufrechterhalten, welche von einem Stift 50 derart in ihrer Lage gehalten
wird, daß sie eine Kraft zwischen
einem L-förmigen Arm 64 auf dem Tisch 32 und einem
Teil 54 ausübt, das mittels eines Zapfens 58 drehbar auf einem Bereichswechseltisch
56 gelagert ist. An dem Ende des Stiftes 50 ist ein Anschlag 60 befestigt. Die Zusammendrückung
der Feder zwingt den drehbaren Tisch, dem Teil 52 auf dem Steuerglied 36 zu folgen,
wie unten noch ausführlicher erläutert werden wird.
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Die Darstellungen von Fig.3 bis 5 veranschaulichen den Mechanismus
im Detail und erläutern die Wirkungsweise der Gitterumschaltung.
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In Fig. 3 sieht man, daß der Zapfen 26 sich längs der Schraube 28
vorwärtsbewegt hat, gefolgt von dem Arm 36 und dem Gitter 16 bis zu einem Punkt,
an welchem das Gitter nicht mehr brauchbar ist. Während dieser Periode ist der Tisch
32 - mit seinen Gittern 16, 30 - gezwungen worden, der Bewegung des Zapfens 26 zu
folgen, und zwar mittels der Feder 48, welche über das Zwischenglied 62 und den
L-förmigen Arm 64 einen Druck auf eine Einstellschraube66 ausübt, die in einem Teil
52 geführt ist. Der Arm 64 ist mittels Schrauben 68 und 70 fest mit dem Tisch 32
verbunden. Die Schraube 70 dient auch als Schwenkzapfen zwischen dem Zwischenglied
62 und dem Arm 64.
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Wenn der Zapfen 26 die dargestellte Lage erreicht, berühren Finger
72 des Schlittens 42 geeignete Mikroschalter 74, welche den Bereichsmotor 76 betätigen.
Der Motor 76 treibt die Scheibe 56 entgegen dem Uhrzeigersinn an (wie in Fig.3 bis
5 dargestellt ist). Das Teil54, welches an dem Anschlag 60 anliegt, bewirkt, daß
der Tisch 32 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wobei der Arm 64 von der Schraube 66
abgehoben wird. Dieser Vorgang setzt sich fort bis zu der in F i g. 4 dargestellten
Totpunktlage. In diesem Punkt zwingt ein Gummieinsatz 78 am Rande der Scheibe 56
den Tisch 32 über den Totpunkt hinaus. Die fortgesetzte Verdrehung der Scheibe 56
bewirkt dann, daß die Feder 48 die Drehbewegung des Tisches 32 im Uhrzeigersinn
fortsetzt, bis die Lagen der Gitter 16, 30 umgekehrt und der Arm 64 gegen eine Einstellschraube
80 gedrückt wird, die in einem am Arm 36 befestigten Anschlagglied 82 geführt ist,
ähnlich wie bei dem Teil 52. Das zwingt den Arm 36, sich im Uhrzeigersinn zu drehen,
wobei der Führungsarm 38 von dem Zapfen 26 abgehoben und der Führungsarm 40 gegen
den Zapfen gepreßt wird.
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Durch die Erfindung werden praktisch zwei Gitter gleichzeitig so
eingestellt, daß im Umschaltpunkt das neue Gitter richtig zu der auffallenden Strahlung
ausgerichtet ist. Weiterhin wird jedes Gitter einzeln von einem gemeinsamen Antriebsglied
gesteuert, so daß jedes gemäß einer anderen Einsdurch-Kosinus-Funktion verdreht
wird. Das ergibt eine Aufzeichnung, die linear in der Wellenzahl ist.